Згідно з прийнятою концепцією Великого Вибуху, Всесвіт зародився приблизно 13,8 мільярдів років тому. Саме тоді з'явилися матерія та енергія, які почали розширюватися. Вважається, що цей період "космічної інфляції" пояснює масштабну структуру Всесвіту, утворення простору і космічного мікрохвильового фону (КМФ), значною мірою однорідних у всіх напрямках.
Однак навіть астрономи визнають: зараз немає реальних, "фізичних" доказів первісного "сценарію". Такі поняття, як "космічна інфляція" - це лише математична модкль, зручна для розрахунків. Відповідно, не можна виключати будь-які альтернативні теорії, навыть якщо їх неможливо довести.
Водночас завдяки новому дослідженню групи астрономів із Гарвардського університету та Гарвардсько-Смітсонівського центру астрофізики (CfA) у вчених може з'явитися новий засіб тестування однієї з ключових ідей космологічної моделі Великого вибуху. Їхня стаття під назвою "Унікальні відбитки альтернативної інфляції в Споконвічному спектрі потужності" нещодавно з'явилася в Інтернеті і розглядається виданням "Physical Review Letters".
Дослідження було проведене Чжиньян Ченом і Абрахамом Лоебом, Гарвардський університет, кафедрою астрономії ім. Френка Д. Берда.
Нагадаємо, що у фізичній космології теорія космічної інфляції стверджує, що за 10-36 секунд після Великого Вибуху виникла сингулярність, у якій зосередилася вся матерія та енергія. Вважається, що ця "Інфляційна епоха" тривала 10-33 секунди після Великого вибуху; після чого Всесвіт почав розширюватися, зменшуючи швидкість "розкидання" речовини в міру перебігу часу. Інакше кажучи, швидкість розширення неухильно сповільнювалася.
Згідно з цією ж теорією, початкове розширення Всесвіту здійснювалося швидше за швидкість світла. Ідея існування такої епохи корисна для космологів, тому що вона пояснює, чому Всесвіт має приблизно ідентичні фізичні закони в районах, просторово віддалених один від одного.
Водночас, якщо Всесвіт виник з умовної "точки" , тоді виходить, що початковий "об'єм" "інфляційної речовини" був значно більшим, ніж ми собі уявляємо, - інакше однорідність космосу потрібно поставити під сумнів. Що для астрономів і фізиків здається абсурдним.
Або ж узагалі відмовитися від гіпотези Великого Вибуху та КМФ. А отже, визнати, що Всесвіт, який розширюється (заодно й так званий "червоний зсув"), - це всього лише міф і зручна для всіх містифікація.
Утім, теорія Великого Вибуху - далеко не єдине пояснення того, як з'явився Всесвіт, хоча й найбільш загальновизнана. Що ж стосується інших гіпотез, то їм або не вистачає початкових даних, або вони здаються зовсім вже фантастичними. Зрештою, і астрологія також представляє своє бачення космічної еволюції.
Інша річ, що всі відомі теоретичні викладки дійсно слабко аргументовані й спираються на вже відомі космологічні моделі. Як пише Абрахам Леб:
"Хоча багато спостережуваних властивостей структур у нашому всесвіті узгоджуються зі сценарієм інфляції, існує так багато моделей інфляції, що її важко фальсифікувати.
Інфляція також призвела до поняття мультивсесвіту, в якому все, що може трапитися, відбуватиметься нескінченно багато разів, і таку теорію неможливо фальсифікувати за допомогою експериментів, які є товарним знаком традиційної фізики.
До теперішнього часу існують конкуруючі сценарії, які не пов'язані з інфляцією, де всесвіт спочатку стискається, а потім відскакує, зароджуючись із Великого вибуху. Ці сценарії можуть відповідати поточним спостережуваним інфляціям".
З метою їх вивчення Лоеб і його колеги розробили незалежний від моделі Великого Вибуху спосіб відрізняти інфляцію від альтернативних сценаріїв.
По суті, вони виходять із припущення, що масивні поля в початковому Всесвіті зазнають квантових флуктуацій і збурень густини, які безпосередньо фіксують масштаб на ранніх стадіях як функцію часу, тобто вони діятимуть як своєрідний "стандартний годинник" видимої космічної речовини.
Вимірюючи сигнали, космологи зможуть визначити, чи відбулися будь-які зміни щільності під час фази раннього Всесвіту, що скорочується або розширюється. Такий підхід дає змогу виключити альтернативи космічної інфляції, зокрема й теорію Великого Вибуху. Як пояснив Леб:
"У більшості сценаріїв присутнє масивне поле в ранньому Всесвіті. Збурення в масивному полі в певному просторовому масштабі осцилюються в часі подібно до кулі, що коливається вгору і вниз у потенційній ямі, де маса диктує частоту коливань. Але еволюція збурень також залежить від розглянутого просторового масштабу, а також від фонового масштабного коефіцієнта (який експоненціально зростає при родових моделях інфляції, але зменшується в моделі контрактації)".
Ці збурення, згідно з Лоебом, стали джерелом змін щільності спостережуваного сьогодні астрономами Всесвіту. Як ці форми були сформовані, можна визначити, спостерігаючи за фоновим всесвітом - зокрема, за розрізненням процесів розширення і стиснення.
"У моїй метафорі масштабний фактор всесвіту впливає на швидкість, з якою стрічка витягується, коли годинник залишає на ній позначки, - уточнює Лоеб. - Новий сигнал, який ми прогнозуємо, проявляється в тому, як змінюється рівень нерівномірності в просторовому масштабі".
Простіше кажучи кажучи, Лоеб та його колеги визначили потенційні сигнали, який можна буде виміряти за допомогою сучасних інструментів. Також було висловлено припущення про те, що варіації густини в первинному Всесвіті виявляються, якщо шукати докази негаусовості, які є корекціями для оцінки гаусової функції для вимірювання фізичної величини - в даному випадку КМФ. Але, як уточнює сам Лоеб, їх ще не виявлено:
"Нові коливання перебувають у спектрі потужності збурень густини (вимірюються за допомогою КМФ або досліджень галактик), тоді як у перевірках попередніх припущень були задіяні ефекти, пов'язані з негаусовою густиною (не виявлено). Результати, представлені в нашій роботі, дуже своєчасні, оскільки розширені масиви даних зібрані новими спостереженнями за анізотропіями КМФ і дослідженнями галактик".
Розуміння того, як почався наш Всесвіт, - це, мабуть, найфундаментальніше питання космології. Якщо застосувати цей метод, можна виключити альтернативні пояснення того, як зародилася матерія, і це наблизить нас на один крок до фізичного визначення часу і простору. Адже ми насправді нічого не знаємо!
